JPH03189302A - 蒸気タービンのノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は蒸気タービンのノズルに係り、特に湿り蒸気中
で使用される蒸気タービンのノズルに関する。

（従来の技術） タービンの最終段付近の蒸気は一般に湿り蒸気であるた
め蒸気中の水滴が最終段付近のノズル（静翼）の表面に
付着し、これは水膜となってノズル後縁から振切られ、
大きな水滴となって動翼に衝突する。この水滴の衝突に
よって蒸気タービンには二つの大きな問題が生ずる。そ
の第１の問題は動翼のエロージョンである。近年発電プ
ラントの大容量化に伴い、蒸気タービンの蒸気量も増大
しタービンの特に最終段付近の動翼の翼長も増加し翼先
端部の周速度も非常に大きくなっている。

このため、ノズル後縁からの水滴は相対的に高速度で翼
先端部に衝突し大きなエロージョンを発生させる。

第２の問題は湿り損失の発生である。この湿り損失はノ
ズル後縁からの水滴が動翼の翼型に滑らかに流入せずに
動翼の背面に衝突し動翼に大きな制動力を及ぼすことに
起因する。

従って、湿り蒸気中で使用される蒸気タービンにとって
、動翼のエロージョン及び湿り損失を低減するためにノ
ズル表面に付着した水滴を積極的に除去することが非常
に重要となる。この水滴除去を目的とした蒸気タービン
のノズルとしてスリットノズルが注目されている。

第４図は従来のスリットノズルを組込んだ蒸気タービン
を示し、第５図はこのスリットノズルを模式的に示した
ものである。第４図において、車軸１に放射状に突設さ
れた動翼２の前方にはノズルが配置されている。このノ
ズルは管状の外輪３と管状の内輪４とスリットノズル部
５とから構成される。スリットノズル部５には表面から
内部中空室に貫通するスリット６が複数個穿孔されてい
る。

第５図において、外輪３は半円状の管状上半部分３ａと
半円状の管状下半部分３ｂとから構成され、上及び下半
部分３ａ、３ｂは夫々の端部において接合されている。

これらの外輪上半部分３ａの中空室７ａと外輪下半部分
３ｂの中空室７ｂは端部壁８によって隔離されている。

管状の内輪４は互いに端部で接合された半円状の管状上
半部分４ａと半円状の管状下半部分４ｂとから構成され
、内輪上半部分４ａの中空室９ａと内輪下半部分４ｂの
中空室９ｂは内輪連結路１０によって互いに連通されて
いる。

スリットノズル部５は外方端が外輪３に内方端が内輪４
に夫々溶接等によって固着され、外輪３と内輪４との間
に放射状に延在している。スリットノズル部５のうち、
外輪３の上半部分３ａと内輪４の上半部分４ａとの間に
延在する第１のスリットノズル部５ａは、その中空室１
１ａがノズル根元部排出孔１２によって内輪上半部分４
ａの中空室９ａに連通されている。他方、外輪３の下半
部分３ｂと内輪４の下半部分４ｂとの間に延在する第２
のスリットノズル部５ｂは、その中空室１１ｂがノズル
頂部排出孔１３によって外輪下半部分３ｂの中空室７ｂ
に連通されている。なお、第１及び第２スリットノズル
部５ａと５ｂは等角度間隔で全周にわたって配置されて
いる。しかしながら、第５図では図の複雑化を避けるた
めに第１及び第２スリットノズル部５ａと５ｂが夫々２
本のみ図示されている。

内輪下半部分４ｂの最下端付近と外輪下半部分３ｂの最
下端付近との間に接続された第２スリットノズル部５ｂ
内には内外輪連通路１４が挿通され、この内外輪連通路
１４は内輪下半部分４ｂの中空室９ｂと外輪下半部分３
ｂの中空室７ｂとを連通している。また、外輪下半部分
３ｂにはその最下端付近に外部排出路１５が接続され、
この外部排出路１５は図示を省略した復水器に連結した
低圧排気室に連通している。

次に、この従来の蒸気タービンの作用を説明する。

湿り蒸気はスリットノズル部５によって方向を変えられ
て動翼２に流入し、仕事を行い車軸１を回転させる。第
１のスリットノズル部５ａの中空室１１ａは、ノズル根
元部排出孔１２と内輪上半部分中空室９ａと内輪連結路
１ｏと内輪下半部分中空室９ｂと内外輪連通路１４と外
輪下半部分３ｂの中空室７ｂと外部排出路１５とを介し
て低圧排気室に連通しているため、第１のスリットノズ
ル部５ａの表面に付着した水滴は、周囲の蒸気と共にス
リット６ａからノズル部５ａの中空室１１ａに吸引され
る。同様に、第２のスリットノズル部５ｂの中空室１１
ｂはノズル頂部排出孔１３と外輪下半部分３ｂの中空室
７ｂと外部排出路１５とを介して低圧排気室に連通して
いるため、第２のスリットノズル部５ｂの表面に付着し
た水滴は、周囲の蒸気と共にスリット６ｂからノズル部
５ｂの中空室１１ｂに吸引される。

スリットノズル中空室１１ａに流入した水滴は、重力の
作用によってノズル根元部排出孔１２と内輪中空室９ａ
、９ｂと内外輪連通路１４と外輪下半部分３ｂの中空室
７ｂと外部排出路１５とを介してケーシング外に排出さ
れる。同様に、スリットノズル中空室１１ｂに流入した
水滴も、重力の作用によってノズル頂部排出孔１３と外
輪下半部分３ｂの中空室７ｂと外部排出路１５とを介し
てケーシング外に排出される。

こうして、ノズル部５の表面に付着した水滴はスリット
６から吸引されるので、ノズル部５からの水滴衝突に起
因する動翼２のエロージョン及び湿り損失を低減するこ
とができる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述の従来のスリットノズルは、第１のスリ
ットノズル部５ａの水滴吸引能力が第２のスリットノズ
ル部５ｂの水滴吸引能力よりも劣っているので、第１の
スリットノズル部５ａ上の水滴が充分にはスリット６ａ
から吸引されず、かなりの量の水滴が動翼２に衝突して
しまうという問題があった。

この点を更に詳細に説明すると、水滴の吸引能力はスリ
ットノズル部の中空室１１ａと１１ｂの圧力に依存し、
当然スリットノズル部の中空室の圧力が低いほど水滴吸
引能力が高い。スリット６ａ、６ｂからは水滴の他に蒸
気が吸引され、蒸気の比容積（体積）は水滴に比べて極
めて大きいので、中空室１１ａと１１ｂの圧力は夫々の
スリット６ａ、６ｂから流入した蒸気が外部排出路１５
に至るまで受ける圧力損失の大きさによって決定される
。スリットノズル中空室１１ｂと外部排出路１５との間
には蒸気の絞り部分としてノズル頂部排出孔１３のみが
存在するのに対し、スリットノズル中空室１１ａと外部
排出路１５との間の蒸気の絞り部分はノズル根元部排出
孔１２と内輪連結路１０と内外輪連通路１４との三箇所
も存在するため、中空室１１ａの方が中空室１１ｂより
も圧力が高くなってしまう。

なお、蒸気の湿り度は重力の影響によりノズルの下側の
方が上側よりも僅かに大きいため、第１のスリットノズ
ル部５ａに付着する水滴量は第２のスリットノズル部５
ｂよりも少なくなる。しかしながら、この重力の影響に
よる水滴量の差異は非常に僅かであるのに対し、上述の
中空室１１ａと１１ｂの圧力の差は大きいため、スリッ
トノズル５ａからはかなり多くの水滴が動翼２の方に流
出してしまう。

中空室１１ａの圧力を中空室１１ｂの圧力に近付けるに
は、ノズル根元部排出孔１２と内輪連結路１０と内外輪
連通路１４での圧力損失を低減する、即ちこれらの各通
路の横断面を大きくすればよい。しかしながら、これら
の通路１０．１２．１４の横断面をすべて大きくするこ
とは構造上困難である。例えば、内輪連結路１０は内輪
上半部分４ａと内輪下半部分４ｂとの接合部に形成され
、この接合部は充分なシール性能を必要とする。内輪連
結路１０の横断面を拡大しながら、上記接合部のシール
性能を維持することは極めて困難である。また、内外輪
連通路１４は第２のスリットノズル部５ｂの内部を貫通
しており、この第２スリットノズル部５ｂの横断面は予
め定められているため、内外輪連通路１４の横断面の拡
大は極めて困難である。

そこで、この内外輪連通路１４が貫通している第２スリ
ツトノズル５ｂをその内方端において内輪下半部分４ｂ
の中空室９ｂに連通させ、この第２スリツトノズル５ｂ
を介して中空室９ｂから中空室７ｂに水滴を流通させる
ように構成すると共に、上記内外輪連通路１４を省くこ
とが考えられる。しかしながら、この構成では第１のス
リットノズル５ａから流入した水滴はすべてこの一本の
第２スリツトノズル５ｂを流通するため、ここのスリッ
ト６ｂから逆に外に流出する恐れがあり、これは第２ス
リツトノズル５ｂの水滴吸引能力を低下させてしまう。

そこで、本発明の目的は、第２の、即ち下側のスリット
ノズル部の水滴吸引能力を低下することなく、第１の、
即ち上側のスリットノズル部の水滴吸引能力を向上させ
ることができる蒸気タービンのノズルを提供することに
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明は、半円状の管状上
半部分と半円状の管状下半部分とが夫々の端部において
接合された管状の外輪と、半円状の管状上半部分と半円
状の管状下半部分とが互いに夫々の端部において連通ず
るように接合され、上記外輪の内側に配置された管状の
内輪と、外方端が上記外輪の上半部分に固着され、内方
端が上記内輪の上半部分に連通するように固着され、上
記内輪の上半部分と上記外輪の上半部分との間に放射状
に延在した複数の第１の中空スリットノズル部と、外方
端が上記外輪の下半部分に連通ずるように固着され、内
方端が上記内輪の下半部分に固着され、上記内輪の下半
部分と上記外輪の下半部分との間に放射状に延在した複
数の第２の中空スリットノズル部と、上記第１中空スリ
ットノズル部のスリットから流入し上記内輪の内部空洞
を流通した液体を上記外輪の下半部分に流出させるため
に、上記内輪の下半部分と上記外輪の下半部分とを連通
する内外輪連通路と、上記内外輪連通路から上記外輪の
下半部分に流入した液体及び上記第２中空スリットノズ
ル部のスリットから流入して上記外輪の下半部分に流入
した液体を夫々外部に排出すると共に上記外輪の下半部
分を低圧にするために、上記外輪の下半部分を外部の低
圧部に連通ずる外部排出路とを具備する蒸気タービンの
ノズルにおいて、上記外輪の上半部分を外部の低圧部に
連通ずる連通手段を具備し、上記第１中空スリットノズ
ル部はその外方端において上記外輪の上半部分に連通し
ていることを特徴とするものである。

この構成にあっては、上記連通手段は上記外輪の上半部
分と下半部分とを互いに連通ずるように上記画部分の接
合部に形成された外輪連結路を含み、上記外輪連結路と
上記外輪の下半部分と上記外部排出路とを介して上記外
輪の上半部分を外部の低圧部に連通ずることが好ましい
。

また、上記連通手段は上記外輪の上半部分に直接接続さ
れて上記外輪の上半部分を外部の低圧部に連通ずる蒸気
排出路を含む構成にすることもできる。

更には、上記連通手段は上記外輪の上半部分に直接接続
されて上記外輪の上半部分を外部の低圧部に連通ずる蒸
気排出路を含むと共に、上記外輪の上半部分と下半部分
とを互いに連通するように上記画部分の接合部に形成さ
れた外輪連結路を含み、上記蒸気排出路を介して及び上
記外輪連結路と上記外輪の下半部分と上記外部排出路と
を介して上記外輪の上半部分を外部の低圧部に夫々連通
する構成にすることもできる。

（作　用） 第１のスリットノズル部は、内輪の上半部分と下半部分
と内外輪連通路と外輪の下半部分と外部排出路とからな
る第１の経路を介して外部の低圧部に連通されていると
共に、更にスリットノズル部の外方端と外輪の上半部分
と連通手段とからなる第２の経路を介して外部の低圧部
に連通されている。このように第１のスリットノズル部
は二つの経路によって外部低圧部に接続されており、か
つ第２の経路は絞り部分が少ないので、第１のスリット
ノズル部の内部空洞は充分低い圧力に保持される。第１
のスリットノズル部に付着した水滴は、主に上記第１の
経路を通って外部に排出され、この水滴と共に第１のス
リットノズル部の内部空洞内に流入した蒸気は、主に第
２の経路を介して外部に排出される。

第２のスリットノズル部に付着した水滴は、周囲の蒸気
と共にスリットから吸引され、外輪の下半部分と外部排
出路とを介して外部に排出される。

（実施例） 以下に本発明による蒸気タービンのノズルの一実施例を
第４図及び第５図と同部分には同一符号を付して示した
第１図乃至第３図を参照して説明する。

第１図において、第１のスリットノズル部５ａの中空室
１１ａは、外方端においてノズル頂部排出孔１６によっ
て外輪上半部分３ａの中空室７ａに連通されている。端
部壁８には外輪連結路１７が穿孔され、この外輪連結路
１７によって外輪上半部分３ａの中空室７ａと外輪下半
部分３ｂの中空室７ｂとが互いに連通される。こうして
、第１のスリットノズル部５ａの中空室１１ａは、ノズ
ル根元部排出孔１２と内輪上半部分９ａと内輪連結路１
０と内輪下半部分９ｂと内外輪連通路１４と外輪下半部
分３ｂと外部排出路１５とからなる第１の経路と、ノズ
ル頂部排出孔１６と外輪上半部分３ａと外輪連結路１７
と外輪下半部分３ｂと外部排出路１５とからなる第２の
経路とを夫々介して外部の低圧部に連通されている。

その他の構成は、第４図と第５図の構成と同一である。

次にこの実施例の作用を説明する。

第１のスリットノズル部５ａに付着した水滴は、周囲の
蒸気と共にスリット６ａからスリットノズル部の中空室
１１ａ内に吸引される。この中空室１１ａに流入した水
滴は、重力の作用によって主に、上記第１の経路、即ち
ノズル根元部排出孔１２と内輪上半部分９ａと内輪連結
路１０と内輪下半部分９ｂと内外輪連通路１４と外輪下
半部分３ｂと外部排出路１５とを流通してケーシングの
外に排出される。

中空室１１ａに流入した蒸気は、上述の第１の経路の他
に、上記第２の経路、即ちノズル頂部排出孔１６と外輪
上半部分３ａと外輪連結路１７と外輪下半部分３ｂと外
部排出路１５とを流通してケーシングの外に排出される
。この第２の経路は、蒸気の大きな圧力損失を生ずる内
外輪連通路１４が存在せず第１の経路に比べて蒸気の圧
力損失が大幅に低減されているため、蒸気流の多（は第
２の経路を流通するものと思われる。

第１のスリットノズル部５ａの中空室１１ａは、第１の
経路と第２の経路との二つの経路を介して低圧部に連通
しておりかつ第２の経路は絞り部分が少ないので、充分
低い圧力に保持され、第１のスリットノズル部５ａに付
着した水滴をそのスリット６ａから充分に吸引すること
ができる。

第２のスリットノズル部５ｂに付着した水滴は、周囲の
蒸気と共にスリット６ｂからスリットノズル中空室１１
ｂに流入し、第５図で説明した場合と全く同様にして、
外部排出路１５からケーシングの外に流出される。

本実施例では、ノズル頂部排出孔１６と外輪連結路１７
の横断面積を適宜選定することによって、第１のスリッ
トノズル部５ａの水滴吸引能力を第２のスリットノズル
部５ｂの水滴吸引能力にほぼ等しくすることができる。

第２図は本発明の第２実施例を示したもので、第１のス
リットノズル部５ａの中空室１１ａは、第１実施例と同
様にノズル頂部排出孔１６によって外輪上半部分３ａの
中空室７ａに連通されている。しかしながら、端部壁８
には外輪連結路１７が穿孔されておらず、その代わりに
蒸気排出路１８が設置されている。この蒸気排出路１８
は外輪上半部分３ａに直接接続され、この外輪上半部分
３ａの中空室７ａと図示を省略した外部の低圧部とを連
通している。

このような構成であるので、第１のスリットノズル部６
ａから流入した蒸気は主にノズル頂部排出孔１６と外輪
上半部分３ａと蒸気排出路１８とを介して外部に排出さ
れる。

この第２実施例もノズル頂部排出孔１６と蒸気排出路１
８の横断面積を適宜選定することによって、第１のスリ
ットノズル部５ａと第２のスリットノズル部５ｂの水滴
吸引能力をほぼ等しくすることができる。

第３図は本発明の第３実施例を示したもので、第１図の
ノズル頂部排出孔１６と外輪連結路１７に加えて、第２
図の蒸気排出路１８を設けたものである。この構成によ
って、第１のスリットノズル部６ａの中空室１１ａは三
つの経路によって低圧部に連通ずることになり、ノズル
頂部排出孔１６と外輪連結路１７と蒸気排出路１８の横
断面積の選定の自由度が増し、スリットノズル中空室１
１ａの圧力の設定が容易になる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、外輪
の上半部分を外部の低圧部に連通ずる連通手段を具備し
、第１中空スリットノズル部はその外方端において外輪
の上半部分に連通しているため、第１中空スリットノズ
ル部は内輪の上半部分と下半部分と内外輪連通路と外輪
の下半部分と外部排出路とからなる第１の経路と、第１
中空スリットノズル部の外方端と外輪の上半部分と連通
手段とからなる第２の経路とを夫々介して低圧部に連通
されているので、第１中空スリットノズル部の内部空洞
は充分低い圧力に保持され、この第１中空スリットノズ
ル部の水滴吸引の能力を第２中空スリットノズル部と同
等にまで高めることができる。従って、ノズルからの水
滴衝突に起因する動翼のエロージョンや湿り損失を大幅
に低減することができる。

５ａ・・・第１のスリットノズル部、５ｂ・・・第２の
スリットノズル部、１４・・・内外輪連通路、１５・・
・外部排出路、１７・・・連通手段（外輪連結路）、１
８・・・連通手段（蒸気排出路）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸気タービンのノズルの第１実施
例を模式的に示した断面図、第２図は本発明による蒸気
タービンのノズルの第２実施例を模式的に示した断面図
、第３図は本発明による蒸気タービンのノズルの第３実
施例を模式的に示した断面図、第４図は従来のスリット
ノズルを組込んだ蒸気タービンを示した断面図、第５図
は従来のスリットノズルを模式的に示した断面図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半円状の管状上半部分と半円状の管状下半部分とが
   夫々の端部において接合された管状の外輪と、半円状の
   管状上半部分と半円状の管状下半部分とが互いに夫々の
   端部において連通するように接合され、上記外輪の内側
   に配置された管状の内輪と、外方端が上記外輪の上半部
   分に固着され、内方端が上記内輪の上半部分に連通する
   ように固着され、上記内輪の上半部分と上記外輪の上半
   部分との間に放射状に延在した複数の第１の中空スリッ
   トノズル部と、外方端が上記外輪の下半部分に連通する
   ように固着され、内方端が上記内輪の下半部分に固着さ
   れ、上記内輪の下半部分と上記外輪の下半部分との間に
   放射状に延在した複数の第２の中空スリットノズル部と
   、上記第１中空スリットノズル部のスリットから流入し
   上記内輪の内部空洞を流通した液体を上記外輪の下半部
   分に流出させるために、上記内輪の下半部分と上記外輪
   の下半部分とを連通する内外輪連通路と、上記内外輪連
   通路から上記外輪の下半部分に流入した液体及び上記第
   ２中空スリットノズル部のスリットから流入して上記外
   輪の下半部分に流入した液体を夫々外部に排出すると共
   に上記外輪の下半部分を低圧にするために、上記外輪の
   下半部分を外部の低圧部に連通する外部排出路とを具備
   する蒸気タービンのノズルにおいて、上記外輪の上半部
   分を外部の低圧部に連通する連通手段を具備し、上記第
   １中空スリットノズル部はその外方端において上記外輪
   の上半部分に連通していることを特徴とする蒸気タービ
   ンのノズル。 ２、上記連通手段は上記外輪の上半部分と下半部分とを
   互いに連通するように上記両部分の接合部に形成された
   外輪連結路を含み、上記外輪連結路と上記外輪の下半部
   分と上記外部排出路とを介して上記外輪の上半部分を外
   部の低圧部に連通することを特徴とする請求項１記載の
   蒸気タービンのノズル。 ３、上記連通手段は上記外輪の上半部分に直接接続され
   て上記外輪の上半部分を外部の低圧部に連通する蒸気排
   出路を含むことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービ
   ンのノズル。 ４、上記連通手段は上記外輪の上半部分に直接接続され
   て上記外輪の上半部分を外部の低圧部に連通する蒸気排
   出路を含むと共に、上記外輪の上半部分と下半部分とを
   互いに連通するように上記両部分の接合部に形成された
   外輪連結路を含み、上記蒸気排出路を介して及び上記外
   輪連結路と上記外輪の下半部分と上記外部排出路とを介
   して上記外輪の上半部分を外部の低圧部に夫々連通する
   ことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンのノズル
   。